3015c7a70923cfc091c8cdd69c4c486b843c1fb8
[ffmpeg.git] / libavcodec / fft-test.c
1 /* FFT and MDCT tests */
2 #include "dsputil.h"
3 #include <math.h>
4 #include <getopt.h>
5 #include <sys/time.h>
6
7 int mm_flags;
8
9 void *av_malloc(int size)
10 {
11     void *ptr;
12     ptr = malloc(size);
13     return ptr;
14 }
15
16 void av_free(void *ptr)
17 {
18     /* XXX: this test should not be needed on most libcs */
19     if (ptr)
20         free(ptr);
21 }
22
23 /* cannot call it directly because of 'void **' casting is not automatic */
24 void __av_freep(void **ptr)
25 {
26     av_free(*ptr);
27     *ptr = NULL;
28 }
29
30 /* reference fft */
31
32 #define MUL16(a,b) ((a) * (b))
33
34 #define CMAC(pre, pim, are, aim, bre, bim) \
35 {\
36    pre += (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim));\
37    pim += (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim));\
38 }
39
40 FFTComplex *exptab;
41
42 void fft_ref_init(int nbits, int inverse)
43 {
44     int n, i;
45     float c1, s1, alpha;
46
47     n = 1 << nbits;
48     exptab = av_malloc((n / 2) * sizeof(FFTComplex));
49
50     for(i=0;i<(n/2);i++) {
51         alpha = 2 * M_PI * (float)i / (float)n;
52         c1 = cos(alpha);
53         s1 = sin(alpha);
54         if (!inverse)
55             s1 = -s1;
56         exptab[i].re = c1;
57         exptab[i].im = s1;
58     }
59 }
60
61 void fft_ref(FFTComplex *tabr, FFTComplex *tab, int nbits)
62 {
63     int n, i, j, k, n2;
64     float tmp_re, tmp_im, s, c;
65     FFTComplex *q;
66
67     n = 1 << nbits;
68     n2 = n >> 1;
69     for(i=0;i<n;i++) {
70         tmp_re = 0;
71         tmp_im = 0;
72         q = tab;
73         for(j=0;j<n;j++) {
74             k = (i * j) & (n - 1);
75             if (k >= n2) {
76                 c = -exptab[k - n2].re;
77                 s = -exptab[k - n2].im;
78             } else {
79                 c = exptab[k].re;
80                 s = exptab[k].im;
81             }
82             CMAC(tmp_re, tmp_im, c, s, q->re, q->im);
83             q++;
84         }
85         tabr[i].re = tmp_re;
86         tabr[i].im = tmp_im;
87     }
88 }
89
90 void imdct_ref(float *out, float *in, int n)
91 {
92     int k, i, a;
93     float sum, f;
94
95     for(i=0;i<n;i++) {
96         sum = 0;
97         for(k=0;k<n/2;k++) {
98             a = (2 * i + 1 + (n / 2)) * (2 * k + 1);
99             f = cos(M_PI * a / (double)(2 * n));
100             sum += f * in[k];
101         }
102         out[i] = -sum;
103     }
104 }
105
106 /* NOTE: no normalisation by 1 / N is done */
107 void mdct_ref(float *output, float *input, int n)
108 {
109     int k, i;
110     float a, s;
111
112     /* do it by hand */
113     for(k=0;k<n/2;k++) {
114         s = 0;
115         for(i=0;i<n;i++) {
116             a = (2*M_PI*(2*i+1+n/2)*(2*k+1) / (4 * n));
117             s += input[i] * cos(a);
118         }
119         output[k] = s;
120     }
121 }
122
123
124 float frandom(void)
125 {
126     return (float)((random() & 0xffff) - 32768) / 32768.0;
127 }
128
129 INT64 gettime(void)
130 {
131     struct timeval tv;
132     gettimeofday(&tv,NULL);
133     return (INT64)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;
134 }
135
136 void check_diff(float *tab1, float *tab2, int n)
137 {
138     int i;
139
140     for(i=0;i<n;i++) {
141         if (fabsf(tab1[i] - tab2[i]) >= 1e-3) {
142             printf("ERROR %d: %f %f\n", 
143                    i, tab1[i], tab2[i]);
144         }
145     }
146 }
147
148
149 void help(void)
150 {
151     printf("usage: fft-test [-h] [-s] [-i] [-n b]\n"
152            "-h     print this help\n"
153            "-s     speed test\n"
154            "-m     (I)MDCT test\n"
155            "-i     inverse transform test\n"
156            "-n b   set the transform size to 2^b\n"
157            );
158     exit(1);
159 }
160
161
162
163 int main(int argc, char **argv)
164 {
165     FFTComplex *tab, *tab1, *tab_ref;
166     FFTSample *tabtmp, *tab2;
167     int it, i, c;
168     int do_speed = 0;
169     int do_mdct = 0;
170     int do_inverse = 0;
171     FFTContext s1, *s = &s1;
172     MDCTContext m1, *m = &m1;
173     int fft_nbits, fft_size;
174
175     mm_flags = 0;
176     fft_nbits = 9;
177     for(;;) {
178         c = getopt(argc, argv, "hsimn:");
179         if (c == -1)
180             break;
181         switch(c) {
182         case 'h':
183             help();
184             break;
185         case 's':
186             do_speed = 1;
187             break;
188         case 'i':
189             do_inverse = 1;
190             break;
191         case 'm':
192             do_mdct = 1;
193             break;
194         case 'n':
195             fft_nbits = atoi(optarg);
196             break;
197         }
198     }
199
200     fft_size = 1 << fft_nbits;
201     tab = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
202     tab1 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
203     tab_ref = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
204     tabtmp = av_malloc(fft_size / 2 * sizeof(FFTSample));
205     tab2 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTSample));
206
207     if (do_mdct) {
208         if (do_inverse)
209             printf("IMDCT");
210         else
211             printf("MDCT");
212         mdct_init(m, fft_nbits, do_inverse);
213     } else {
214         if (do_inverse)
215             printf("IFFT");
216         else
217             printf("FFT");
218         fft_init(s, fft_nbits, do_inverse);
219         fft_ref_init(fft_nbits, do_inverse);
220     }
221     printf(" %d test\n", fft_size);
222
223     /* generate random data */
224
225     for(i=0;i<fft_size;i++) {
226         tab1[i].re = frandom();
227         tab1[i].im = frandom();
228     }
229
230     /* checking result */
231     printf("Checking...\n");
232
233     if (do_mdct) {
234         if (do_inverse) {
235             imdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_size);
236             imdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
237             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size);
238         } else {
239             mdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_size);
240             
241             mdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
242
243             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size / 2);
244         }
245     } else {
246         memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
247         fft_permute(s, tab);
248         fft_calc(s, tab);
249         
250         fft_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
251         check_diff((float *)tab_ref, (float *)tab, fft_size * 2);
252     }
253
254     /* do a speed test */
255
256     if (do_speed) {
257         INT64 time_start, duration;
258         int nb_its;
259
260         printf("Speed test...\n");
261         /* we measure during about 1 seconds */
262         nb_its = 1;
263         for(;;) {
264             time_start = gettime();
265             for(it=0;it<nb_its;it++) {
266                 if (do_mdct) {
267                     if (do_inverse) {
268                         imdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
269                     } else {
270                         mdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
271                     }
272                 } else {
273                     memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
274                     fft_calc(s, tab);
275                 }
276             }
277             duration = gettime() - time_start;
278             if (duration >= 1000000)
279                 break;
280             nb_its *= 2;
281         }
282         printf("time: %0.1f us/transform [total time=%0.2f s its=%d]\n", 
283                (double)duration / nb_its, 
284                (double)duration / 1000000.0,
285                nb_its);
286     }
287     
288     if (do_mdct) {
289         mdct_end(m);
290     } else {
291         fft_end(s);
292     }
293     return 0;
294 }